JP2020072823A

JP2020072823A - Detector

Info

Publication number: JP2020072823A
Application number: JP2019181347A
Authority: JP
Inventors: 敦也伊藤; Atsuya Ito; 加藤　哲也; Tetsuya Kato; 哲也加藤; 立石　潔; Kiyoshi Tateishi; 潔立石; 木村　義則; Yoshinori Kimura; 義則木村
Original assignee: Pioneer Electronic Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 2019-10-01
Filing date: 2019-10-01
Publication date: 2020-05-14
Also published as: JP2021142346A

Abstract

To provide a method for improving an S/N ratio of a signal to be output from a detector.SOLUTION: A detector 100a includes: a circuit board 10; a light-emitting part 20 disposed on the circuit board and exiting light; a light-receiving part 31 disposed on the circuit board and receiving scattered light of the exited light scattered from an object; and a sealing part 40 disposed on the circuit board so as to cover over the light-emitting part and the light-receiving part. The light-receiving part further receives internal reflection light of the light exited from the light-receiving part reflected at a boundary surface of the sealing part. A reflection film 41 is disposed at least at a part of the surface of the sealing part.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、例えばレーザ光等を用いて計測を行う光学式の計測装置に搭載される検出器の技術分野に関する。 The present invention relates to the technical field of a detector mounted on an optical measuring device that performs measurement using, for example, laser light.

この種の計測装置として、例えば、半導体レーザと受光素子とが同一平面上に配置されたセンサ部を備え、生体組織からの散乱光を利用して該生体組織における血流量、血液量、血流速度、脈拍等を測定する装置が提案されている（特許文献１参照）。 As a measuring device of this kind, for example, a semiconductor laser and a light receiving element are provided with a sensor section arranged on the same plane, and the blood flow in the biological tissue, the blood volume, the blood flow are utilized by utilizing the scattered light from the biological tissue. An apparatus for measuring speed, pulse, etc. has been proposed (see Patent Document 1).

特許第４７１８３２４号Patent No. 4718324

しかしながら特許文献１に記載の技術には、例えばＳ／Ｎ比（ＳｉｇｎａｌｔｏＮｏｉｓｅＲａｔｉｏ）について改善の余地があるという技術的問題点がある。 However, the technique described in Patent Document 1 has a technical problem that there is room for improvement in, for example, the S / N ratio (Signal to Noise Ratio).

本発明は、例えば上記問題点に鑑みてなされたものであり、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる検出器を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above problems, for example, and an object of the present invention is to provide a detector capable of improving the S / N ratio.

請求項１に記載の検出器は、上記課題を解決するために、基板と、前記基板上に配置され、光を出射する発光部と、前記基板上に配置され、前記出射された光の対象物からの散乱光を受光する受光部と、前記発光部及び前記受光部を覆うように、前記基板上に配置された封止部と、を備え、前記受光部は、前記出射された光の前記封止部の界面で反射された内部反射光を更に受光し、前記封止部の表面の少なくとも一部に反射膜が配置されている。 In order to solve the above-mentioned problems, the detector according to claim 1 is provided with a substrate, a light-emitting unit that is disposed on the substrate and emits light, and an object of the emitted light that is disposed on the substrate. A light receiving portion that receives scattered light from an object, and a sealing portion that is disposed on the substrate so as to cover the light emitting portion and the light receiving portion, and the light receiving portion is provided for the emitted light. The internal reflection light reflected at the interface of the sealing portion is further received, and the reflecting film is disposed on at least a part of the surface of the sealing portion.

本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための形態から明らかにされる。 The operation and other advantages of the present invention will be clarified from the modes for carrying out the invention described below.

実施例に係る検出器の構成を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the structure of the detector which concerns on an Example. 実施例に係る光検出装置の斜視図である。It is a perspective view of the photon detection apparatus which concerns on an Example. 実施例に係る光検出装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the photon detection apparatus which concerns on an Example. 受光素子に入射する光を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the light which injects into a light receiving element. 実施例の第１変形例に係る検出器の構成を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the structure of the detector which concerns on the 1st modification of an Example. 実施例の第２変形例に係る検出器の構成を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the structure of the detector which concerns on the 2nd modification of an Example. 実施例の第３変形例に係る検出器の構成を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the structure of the detector which concerns on the 3rd modification of an Example. 実施例の第３変形例に係る光検出装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the photon detection apparatus which concerns on the 3rd modification of an Example. 実施例の第４変形例に係る検出器の構成を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the structure of the detector which concerns on the 4th modification of an Example. 実施例の第４変形例に係る光検出装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the photon detection apparatus which concerns on the 4th modification of an Example. 実施例の第５変形例に係る検出器の構成を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the structure of the detector which concerns on the 5th modification of an Example. 実施例の第５変形例に係る光検出装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the photon detection apparatus which concerns on the 5th modification of an Example.

本発明の検出器に係る実施形態について説明する。 An embodiment of the detector of the present invention will be described.

実施形態に係る検出器は、例えばサブマウントである基板と、該基板上に配置され、光を出射する発光部と、該基板上に配置され、出射された光の対象物からの散乱光を受光する受光部と、発光部及び受光部を覆うように、基板上に配置された封止部と、を備える。 The detector according to the embodiment includes, for example, a substrate that is a submount, a light emitting unit that is disposed on the substrate and emits light, and a light emitting unit that is disposed on the substrate and scatters the emitted light from an object. A light receiving unit for receiving light and a sealing unit arranged on the substrate so as to cover the light emitting unit and the light receiving unit are provided.

発光部には、例えば面発光レーザ等の光源を適用可能である。ここで、測定対象物が生体である場合には、該生体による吸収が比較的低い、７００ｎｍ（ナノメートル）〜１３００ｎｍの波長域に含まれる光を出射する光源が望ましい。 A light source such as a surface emitting laser can be applied to the light emitting unit. Here, when the measurement target is a living body, a light source that emits light included in the wavelength range of 700 nm (nanometer) to 1300 nm, which is relatively low in absorption by the living body, is desirable.

上記７００ｎｍ〜１３００ｎｍの波長域に含まれる光を出射する光源を発光部として用いる場合、封止部には、６５０ｎｍ以下の波長を有する光（即ち、可視光）に対する透過率が１０％以下であり、且つ、７００ｎｍ〜１３００ｎｍの波長を有する光に対する透過率が９０％以上である樹脂を適用することが望ましい。このように構成すれば、外乱光となり得る可視光の受光部への入射を抑制することができ、実用上非常に有利である。 When the light source that emits light included in the wavelength range of 700 nm to 1300 nm is used as the light emitting unit, the sealing unit has a transmittance of 10% or less for light having a wavelength of 650 nm or less (that is, visible light). It is desirable to apply a resin having a transmittance of 90% or more for light having a wavelength of 700 nm to 1300 nm. With this configuration, it is possible to suppress the incidence of visible light, which may be ambient light, on the light receiving portion, which is extremely advantageous in practical use.

また、測定対象物が生体である場合、例えばフォトダイオード等である受光部で受光される散乱光には、生体の静止組織（例えば皮膚等）で散乱された光と、生体の移動物体（例えば赤血球等）で散乱された光と、が含まれる。そして、生体の移動物体で散乱された光には、該移動物体の速度に比例したドップラーシフトが生じる。従って、受光部には、生体の静止組織で散乱された光と、生体の移動物体で散乱された光との干渉光が入射する。 When the measurement target is a living body, the scattered light received by the light receiving unit such as a photodiode includes the light scattered by the stationary tissue (such as skin) of the living body and the moving object of the living body (such as the skin). Light scattered by red blood cells, etc.) is included. Then, the light scattered by the moving object of the living body undergoes a Doppler shift proportional to the speed of the moving object. Therefore, the interference light between the light scattered by the stationary tissue of the living body and the light scattered by the moving object of the living body enters the light receiving unit.

ここで、生体の静止組織で散乱された光の電界強度を、下記（１）式で表わし、生体の移動物体で散乱された光の電界強度を、下記（２）式で表わすと、干渉光の強度は、下記（３）式で表わすことができる。 Here, the electric field intensity of the light scattered by the stationary tissue of the living body is represented by the following formula (1), and the electric field intensity of the light scattered by the moving body of the living body is represented by the following formula (2), The intensity of can be expressed by the following equation (3).

“Ａ_０”及び“Ａ_１”は、光の振幅であり、“ｆ_０”は光の周波数であり、“Δｆ”はドップラーシフトに起因して変動する周波数である。“ｉ”はｉベクトルであり、“ｊ”はｊベクトルである。ｉベクトル及びｊベクトルは、光の進行方向を表わす単位ベクトルである。 “A ₀ ” and “A ₁ ” are the amplitude of light, “f ₀ ” is the frequency of light, and “Δf” is the frequency that fluctuates due to Doppler shift. "I" is the i vector and "j" is the j vector. The i vector and the j vector are unit vectors representing the traveling direction of light.

上記（３）式の第一項は定常光成分であり、第二項はビート成分である。上記（３）式からわかるように、ｉベクトルの方向とｊベクトルの方向とが近づく程、ビート成分が強くなる。 The first term of the above equation (3) is the stationary light component, and the second term is the beat component. As can be seen from the above equation (3), the beat component becomes stronger as the direction of the i vector approaches the direction of the j vector.

ところで、発光部から出射された光は、測定対象物によって様々な方向に散乱される。加えて、生体の移動物体で散乱された光は、生体の静止組織で散乱された光に比べて微弱である。このため、散乱光のみでは、上記（３）式のビート成分を十分に強くすることが困難である。 By the way, the light emitted from the light emitting unit is scattered in various directions by the measuring object. In addition, the light scattered by the moving body of the living body is weaker than the light scattered by the stationary tissue of the living body. Therefore, it is difficult to sufficiently strengthen the beat component of the above formula (3) with only scattered light.

しかるに本実施形態では、封止部により発光部が覆われているので、発光部から出射された光は、その一部が封止部を透過して測定対象物に到達すると共に、他の部分が該封止部の界面で反射される。このため、受光部には、測定対象物からの散乱光と、封止部の界面で反射された内部反射光とが入射することとなる。 However, in the present embodiment, since the light emitting portion is covered with the sealing portion, the light emitted from the light emitting portion partially reaches the measurement target through the sealing portion, and the other portion. Are reflected at the interface of the sealing portion. For this reason, the scattered light from the measurement object and the internally reflected light reflected at the interface of the sealing portion are incident on the light receiving portion.

内部反射光は、受光部に対して９０度に近い入射角で入射すると共に、上記生体の静止組織で散乱された光と同様に扱うことができる。加えて、内部反射光は、発光部から出射された光に対する割合は少ないものの、界面で反射され受光部に入射する比率は、測定対象物によって散乱され受光部に入射する散乱光の比率に比べれば十分高い。 The internal reflected light is incident on the light receiving portion at an incident angle close to 90 degrees, and can be treated in the same manner as the light scattered by the stationary tissue of the living body. In addition, although the internal reflected light has a small ratio to the light emitted from the light emitting unit, the ratio of the light reflected from the interface and incident on the light receiving unit is higher than the ratio of the scattered light scattered by the measurement object and incident on the light receiving unit. High enough.

つまり、本実施形態では、内部反射光を利用することにより、上記（３）式のビート成分を十分に強くすることができる。加えて、内部反射光に起因して、生体の移動物体で散乱された光のうち、受光部に対して９０度に近い入射角で入射する光に係るビート成分が強く計測される。 That is, in the present embodiment, the beat component of the above formula (3) can be made sufficiently strong by utilizing the internally reflected light. In addition, of the light scattered by the moving object of the living body due to the internally reflected light, the beat component related to the light incident on the light receiving unit at an incident angle close to 90 degrees is strongly measured.

この結果、本実施形態に係る検出器によれば、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。加えて、当該検出器の空間分解能を向上させることができる。更に、当該検出器では、発光部及び受光部が一体でモールドされているので、例えば製造工程を短縮することができ、実用上非常に有利である。 As a result, the detector according to this embodiment can improve the S / N ratio. In addition, the spatial resolution of the detector can be improved. Further, in the detector, since the light emitting portion and the light receiving portion are integrally molded, for example, the manufacturing process can be shortened, which is very advantageous in practical use.

本実施形態に係る検出器の一態様では、前記受光部は、第１光電変換素子及び第２光電変換素子を含み、前記第１光電変換素子のアノード及び前記第２光電変換素子のアノードが互いに電気的に接続されている、又は、前記第１光電変換素子のカソード及び前記第２光電変換素子のカソードが互いに電気的に接続されている。 In one aspect of the detector according to the present embodiment, the light receiving unit includes a first photoelectric conversion element and a second photoelectric conversion element, and the anode of the first photoelectric conversion element and the anode of the second photoelectric conversion element are mutually The cathode of the first photoelectric conversion element and the cathode of the second photoelectric conversion element are electrically connected to each other.

この態様によれば、第１光電変換素子が出力する電流のＤＣ成分と、第２光電変換素子が出力する電流のＤＣ成分とを相殺させることができ、当該検出器から出力される信号におけるＳ／Ｎ比を向上させることができる。 According to this aspect, the DC component of the current output by the first photoelectric conversion element and the DC component of the current output by the second photoelectric conversion element can be canceled, and S in the signal output from the detector can be canceled. The / N ratio can be improved.

本実施形態に係る検出器の他の態様では、封止部の表面の少なくとも一部に反射膜が配置されている。 In another aspect of the detector according to the present embodiment, the reflective film is arranged on at least a part of the surface of the sealing portion.

この態様によれば、内部反射光の量を増加させることができるので、実用上非常に有利である。尚、反射膜としては、例えばアルミニウム等の薄膜を適用可能である。 According to this aspect, the amount of internally reflected light can be increased, which is very advantageous in practice. A thin film of aluminum or the like can be applied as the reflective film.

本実施形態に係る検出器の他の態様では、封止部は、受光部の側から発光部の側に向かって該封止部の厚さ（即ち、基板面と封止部上面との間の距離）が薄くなる第１傾斜面と、発光部の側から受光部の側に向かって封止部の厚さが薄くなる第２傾斜面と、を有し、第１傾斜面と第２傾斜面とは、互いになす角が９０度に近づくように形成されている。 In another aspect of the detector according to the present embodiment, the sealing portion has a thickness of the sealing portion from the light receiving portion side toward the light emitting portion side (that is, between the substrate surface and the sealing portion upper surface). Inclined surface) and a second inclined surface where the thickness of the sealing portion decreases from the light emitting portion side toward the light receiving portion side, and the first inclined surface and the second inclined surface are formed. The inclined surface is formed so that the angle formed by the inclined surfaces approaches 90 degrees.

この態様によれば、発光部から出射された光の出射角の大きさと、内部反射光の受光部への入射角の大きさとを、ほぼ同じにすることができる。ここで、出射角はほぼ９０度であるので、入射角もほぼ９０度となり、比較的容易にして、上記（３）式のビート成分を強くすることができる。 According to this aspect, the emission angle of the light emitted from the light emitting unit and the incident angle of the internally reflected light to the light receiving unit can be made substantially the same. Here, since the emission angle is approximately 90 degrees, the incident angle is also approximately 90 degrees, which makes it relatively easy to strengthen the beat component of the above equation (3).

この態様では、封止部は、基板の基板面に沿う面である上面を有し、上面の一の辺は第１傾斜面と共有され、該一の辺に対向する、上面の他の辺は第２傾斜面と共有されていてよい。 In this aspect, the sealing portion has an upper surface that is a surface along the substrate surface of the substrate, one side of the upper surface is shared with the first inclined surface, and the other side of the upper surface facing the one side is shared. May be shared with the second inclined surface.

このように構成すれば、当該検出器の高さを抑制することができ、実用上非常に有利である。 According to this structure, the height of the detector can be suppressed, which is very advantageous in practice.

本発明の検出器に係る実施例について、図面に基づいて説明する。 An embodiment of the detector of the present invention will be described with reference to the drawings.

実施例に係る検出器について、図１を参照して説明する。図１は、実施例に係る検出器の構成を示す概略構成図である。尚、図１（ａ）は上面図であり、図１（ｂ）は下面図であり、図１（ｃ）は側面図である。 A detector according to the embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing the configuration of the detector according to the embodiment. 1 (a) is a top view, FIG. 1 (b) is a bottom view, and FIG. 1 (c) is a side view.

図１において、検出器１００は、基板１０と、該基板１０上に配置された面発光レーザ２０と、該基板１０上に配置された受光素子３１と、該面発光レーザ２０及び該受光素子３１を覆うように基板１０上に配置された封止部４０と、を備えて構成されている。 In FIG. 1, the detector 100 includes a substrate 10, a surface emitting laser 20 arranged on the substrate 10, a light receiving element 31 arranged on the substrate 10, the surface emitting laser 20 and the light receiving element 31. And a sealing portion 40 disposed on the substrate 10 so as to cover the.

本発明に係る「発光部」の一例としての、面発光レーザ２０は、例えば８５０ｎｍの波長を有する光を出射する。尚、面発光レーザ２０から出射される光の波長は、７００ｎｍ〜１３００ｎｍの範囲内に含まれていればよく、８５０ｎｍに限定されない。 The surface emitting laser 20 as an example of the “light emitting unit” according to the present invention emits light having a wavelength of 850 nm, for example. The wavelength of the light emitted from the surface emitting laser 20 may be in the range of 700 nm to 1300 nm and is not limited to 850 nm.

封止部４０は、例えばエポキシ樹脂等の樹脂により構成されている。封止部４０を構成する樹脂には、６５０ｎｍ以下の波長を有する光に対する透過率が１０％以下であり、且つ、７００ｎｍ〜１３００ｎｍの波長を有する光に対する透過率が９０％以上となるように、染料が混入されている。 The sealing portion 40 is made of resin such as epoxy resin. In the resin forming the sealing portion 40, the transmittance for light having a wavelength of 650 nm or less is 10% or less, and the transmittance for light having a wavelength of 700 nm to 1300 nm is 90% or more, Dye is mixed.

面発光レーザ２０のアノード及びカソードは基板１０の上面にある電極（図示せず）にワイヤーボンディング等を用いて電気的に接続されている。基板１０の上面の電極は、該基板１０の下面に貫通している。 The anode and cathode of the surface emitting laser 20 are electrically connected to electrodes (not shown) on the upper surface of the substrate 10 by wire bonding or the like. The electrodes on the upper surface of the substrate 10 penetrate the lower surface of the substrate 10.

図１（ｂ）に示すように、基板１０の下面には、面発光レーザ２０のアノードと電気的に接続された端子２０ａと、該面発光レーザ２０のカソードと電気的に接続された端子２０ｃと、本発明に係る「受光部」の一例としての、受光素子３１のアノードと電気的に接続された端子３１ａと、該受光素子３１のカソードと電気的に接続された端子３１ｃと、が露出している。 As shown in FIG. 1B, on the lower surface of the substrate 10, a terminal 20a electrically connected to the anode of the surface emitting laser 20 and a terminal 20c electrically connected to the cathode of the surface emitting laser 20. And a terminal 31a electrically connected to the anode of the light receiving element 31 and a terminal 31c electrically connected to the cathode of the light receiving element 31 as an example of the "light receiving portion" according to the present invention are exposed. is doing.

検出器１００の大きさは、例えば３ｍｍ×３ｍｍである。面発光レーザ２０の上面から封止部４０の上面までの距離、及び、受光素子３１の上面から封止部４０の上面までの距離は、例えば０．５ｍｍである。面発光レーザ２０の発光点（図１（ａ）参照）と、受光素子３１の受光面中心（図１（ａ）参照）との間の距離は、例えば０．６ｍｍである。 The size of the detector 100 is, for example, 3 mm × 3 mm. The distance from the upper surface of the surface emitting laser 20 to the upper surface of the sealing portion 40 and the distance from the upper surface of the light receiving element 31 to the upper surface of the sealing portion 40 are, for example, 0.5 mm. The distance between the light emitting point of the surface emitting laser 20 (see FIG. 1A) and the center of the light receiving surface of the light receiving element 31 (see FIG. 1A) is, for example, 0.6 mm.

当該検出器１００が、光検出装置に搭載される場合には、図２に示すように、例えばアルミニウム等で形成されたケース３００内に格納された回路基板上に搭載される。ケース３００には、面発光レーザ２０からの出射される光、及び受光素子３１に入射する光を妨げないように、窓３０１が設けられている。 When the detector 100 is mounted on a photodetector, it is mounted on a circuit board housed in a case 300 made of, for example, aluminum as shown in FIG. A window 301 is provided in the case 300 so as not to block the light emitted from the surface emitting laser 20 and the light incident on the light receiving element 31.

尚、ケース３００の大きさは、例えば１０ｍｍ×１５ｍｍ×３ｍｍである。窓３０１の大きさは、例えば３ｍｍ×３ｍｍである。 The size of the case 300 is, for example, 10 mm × 15 mm × 3 mm. The size of the window 301 is, for example, 3 mm × 3 mm.

次に、光検出装置について、図３を参照して説明を加える。図３は、実施例に係る光検出装置の構成を示すブロック図である。本実施例では、光検出装置の一例として、レーザドップラー血流計を挙げる。 Next, the photodetector will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the photodetector according to the embodiment. In this embodiment, a laser Doppler blood flow meter will be taken as an example of the photodetector.

図３において、光検出装置は、検出器１００（即ち、光電流変換部）と、電流電圧変換部２００とを備えて構成されている。検出器１００への入力光（入射光）は、面発光レーザ２０から出射された光が、対象物（例えば人間の指等）によって反射・散乱等された光である。 In FIG. 3, the photodetection device is configured to include a detector 100 (that is, a photocurrent conversion unit) and a current-voltage conversion unit 200. The input light (incident light) to the detector 100 is light that is emitted from the surface emitting laser 20 and is reflected / scattered by an object (for example, a human finger).

受光素子３１は、例えばＰＩＮダイオード等のフォトダイオードである。検出器１００は、受光素子３１が出力する電流Ｉｄｔを検出電流Ｉｄｔとして端子３１ａから出力する。また、検出器１００は、端子３１ａから出力される検出電流Ｉｄｔの極性が反転された電流（−Ｉｄｔ）を端子３１ｃから出力する。 The light receiving element 31 is, for example, a photodiode such as a PIN diode. The detector 100 outputs the current Idt output from the light receiving element 31 as the detection current Idt from the terminal 31a. Further, the detector 100 outputs from the terminal 31c a current (-Idt) in which the polarity of the detection current Idt output from the terminal 31a is inverted.

電流電圧変換部２００は、入力端子Ｉｎ１及びＩｎ２と、全差動アンプ２３０と、帰還抵抗Ｒｆ１及びＲｆ２と、増幅器２４０と、出力端子Ｏｕｔと、を有して構成されている。電流電圧変換部２００は、検出器１００から入力端子Ｉｎ１及びＩｎ２に入力される検出電流Ｉｄｔを電圧信号に変換して出力端子Ｏｕｔから光検出信号として出力する。 The current-voltage conversion unit 200 includes input terminals In1 and In2, a fully differential amplifier 230, feedback resistors Rf1 and Rf2, an amplifier 240, and an output terminal Out. The current-voltage converter 200 converts the detection current Idt input from the detector 100 to the input terminals In1 and In2 into a voltage signal and outputs it as a photodetection signal from the output terminal Out.

全差動アンプ２３０は、入力端子Ｉｎ１に電気的に接続された入力端子Ｉｎ＋と、入力端子Ｉｎ２に電気的に接続された入力端子Ｉｎ−と、出力端子Ｏｕｔ−と、出力端子Ｏｕｔ＋と、基準電位端子Ｖｒｅｆと、を有する。基準電位は、該基準電位端子Ｖｒｅｆを介して入力される。出力端子Ｏｕｔ−及びＯｕｔ＋は、後述する増幅器２４０の入力端子Ｉｎ−及びＩｎ＋に夫々電気的に接続されている。 The fully differential amplifier 230 includes an input terminal In + electrically connected to the input terminal In1, an input terminal In− electrically connected to the input terminal In2, an output terminal Out−, an output terminal Out +, and a reference. And a potential terminal Vref. The reference potential is input via the reference potential terminal Vref. The output terminals Out− and Out + are electrically connected to the input terminals In− and In + of the amplifier 240 described later, respectively.

帰還抵抗Ｒｆ１は、その一端が全差動アンプ２３０の入力端子Ｉｎ＋と、その他端が該全差動アンプ２３０の出力端子Ｏｕｔ−と、電気的に接続されており、負帰還を施すと共に電流を電圧に変換する。 The feedback resistor Rf1 has one end electrically connected to the input terminal In + of the fully differential amplifier 230 and the other end electrically connected to the output terminal Out− of the fully differential amplifier 230. Convert to voltage.

帰還抵抗Ｒｆ２は、その一端が全差動アンプ２３０の入力端子Ｉｎ−と、その他端が該全差動アンプ２３０の出力端子Ｏｕｔ＋と、電気的に接続されており、負帰還を施すと共に電流を電圧に変換する。 One end of the feedback resistor Rf2 is electrically connected to the input terminal In− of the fully differential amplifier 230, and the other end thereof is electrically connected to the output terminal Out + of the fully differential amplifier 230. Convert to voltage.

全差動アンプ２３０は、入力端子Ｉｎ１に入力される電流Ｉｄｔを電圧信号−Ｒｆ１・Ｉｄｔに変換し、出力端子Ｏｕｔ−から出力する。同時に、全差動アンプ２３０は、入力端子Ｉｎ２に入力される電流−Ｉｄｔを電圧信号Ｒｆ２・Ｉｄｔに変換し、出力端子Ｏｕｔ＋から出力する。即ち、全差動アンプ２３０は、入力端子Ｉｎ１及びＩｎ２に入力される電流を、夫々独立して電流電圧変換し、差動出力するトランスインピーダンスアンプとして構成されている。 The fully differential amplifier 230 converts the current Idt input to the input terminal In1 into a voltage signal −Rf1 · Idt, and outputs the voltage signal −Rf1 · Idt from the output terminal Out−. At the same time, the fully differential amplifier 230 converts the current −Idt input to the input terminal In2 into the voltage signal Rf2 · Idt, and outputs the voltage signal Rf2 · Idt from the output terminal Out +. That is, the fully differential amplifier 230 is configured as a transimpedance amplifier that independently current-voltage converts the current input to the input terminals In1 and In2, and outputs the current.

増幅器２４０は、入力端子Ｉｎ−から入力される電圧信号−Ｒｆ１・Ｉｄｔと、入力端子Ｉｎ＋から入力される電圧信号Ｒｆ２・Ｉｄｔとの電位差（２・Ｒｆ・Ｉｄｔ）を増幅して出力する（尚、Ｒｆ１＝Ｒｆ２＝Ｒｆとする）。 The amplifier 240 amplifies and outputs the potential difference (2 · Rf · Idt) between the voltage signal −Rf1 · Idt input from the input terminal In− and the voltage signal Rf2 · Idt input from the input terminal In + (note that , Rf1 = Rf2 = Rf).

電流電圧変換部２００から出力された光検出信号は、配線３０２（図２参照）のうち１本を介して、信号処理装置（図示せず）に入力される。該信号処理装置では、光検出信号を処理することにより、血流値、血流速度及び脈拍等の生体情報を演算する。尚、光検出信号から血流値等を求める方法には、公知の各種態様を適用可能であるので、その詳細についての説明は割愛する。 The photodetection signal output from the current-voltage converter 200 is input to a signal processing device (not shown) via one of the wirings 302 (see FIG. 2). In the signal processing device, biological information such as a blood flow value, a blood flow velocity, and a pulse is calculated by processing the light detection signal. Note that various known aspects can be applied to the method of obtaining the blood flow value and the like from the light detection signal, and thus the detailed description thereof will be omitted.

上述した電流電圧変換部２００では、帰還抵抗Ｒｆ１及びＲｆ２によって負帰還が施されることにより、全差動アンプ２３０の入力端子Ｉｎ＋と基準電位端子Ｖｒｅｆとの電位差は殆どゼロになっている。同様に、全差動アンプ２３０の入力端子Ｉｎ−と基準電位端子Ｖｒｅｆとの電位差も殆どゼロになっている。この結果、入力端子Ｉｎ＋の電位と入力端子Ｉｎ−の電位とは、殆ど同じとなる。 In the above-described current-voltage converter 200, the negative feedback is performed by the feedback resistors Rf1 and Rf2, so that the potential difference between the input terminal In + of the fully differential amplifier 230 and the reference potential terminal Vref is almost zero. Similarly, the potential difference between the input terminal In− of the fully differential amplifier 230 and the reference potential terminal Vref is almost zero. As a result, the potential of the input terminal In + and the potential of the input terminal In- are almost the same.

従って、全差動アンプ２３０の入力端子Ｉｎ＋に、電流電圧変換部２００の入力端子Ｉｎ１を介して電気的に接続されている端子３１ａと、全差動アンプ２３０の入力端子Ｉｎ−に、電流電圧変換部２００の入力端子Ｉｎ２を介して電気的に接続されている端子３１ｃと、の電位差も殆どゼロである。つまり、受光素子３１をゼロバイアスの状態、即ち、所謂発電モードで動作させることができる。このため受光素子３１に発生する暗電流を低減或いは無くすことができる。 Therefore, the current voltage is applied to the terminal 31a electrically connected to the input terminal In + of the fully differential amplifier 230 via the input terminal In1 of the current-voltage conversion unit 200 and the input terminal In− of the fully differential amplifier 230. The potential difference between the conversion unit 200 and the terminal 31c electrically connected via the input terminal In2 is almost zero. That is, the light receiving element 31 can be operated in a zero bias state, that is, a so-called power generation mode. Therefore, the dark current generated in the light receiving element 31 can be reduced or eliminated.

この結果、暗電流のゆらぎに起因するノイズ電流を低減することができ、電流電圧変換部２００から出力される光検出信号に係るＳ／Ｎ比を向上させることができる。 As a result, the noise current due to the fluctuation of the dark current can be reduced, and the S / N ratio related to the light detection signal output from the current-voltage conversion unit 200 can be improved.

次に、検出器１００の受光素子３１に入射する光について、図４を参照して説明する。図４は、受光素子に入射する光を示す概念図である。 Next, the light incident on the light receiving element 31 of the detector 100 will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a conceptual diagram showing the light incident on the light receiving element.

面発光レーザ２０から出射されたレーザ光（図４における“射出光”参照）は、大半が封止部４０を透過し、ケース３００の窓３０１を通して、対象物である生体に照射される。生体に照射されたレーザ光は、生体で反射・散乱され、その一部が封止部４０を透過して受光素子３１に入射する。また、面発光レーザ２０から出射されたレーザ光の一部は、封止部４０の界面で反射され、受光素子３１に入射する（図４における“内部反射光”参照）。 Most of the laser light emitted from the surface-emitting laser 20 (see “emitted light” in FIG. 4) passes through the sealing portion 40 and is applied to the living body as an object through the window 301 of the case 300. The laser light applied to the living body is reflected and scattered by the living body, and a part of the laser light is transmitted through the sealing portion 40 and is incident on the light receiving element 31. Further, a part of the laser light emitted from the surface emitting laser 20 is reflected at the interface of the sealing portion 40 and enters the light receiving element 31 (see “internal reflected light” in FIG. 4).

生体で反射・散乱された光には、生体の静止組織により反射・散乱された光（図４における“静止組織からの戻り光”参照）と、例えば赤血球等の生体の移動物体により反射・散乱された光（図４における“赤血球からの戻り光”参照）と、が含まれる。ここで、生体の移動物体により反射・散乱された光は、該移動物体の速度に比例したドップラーシフトを生じる。 The light reflected / scattered by the living body includes the light reflected / scattered by the stationary tissue of the living body (see “Returned light from stationary tissue” in FIG. 4) and the moving / reflected body of the living body such as red blood cells. Light (see "return light from red blood cells" in FIG. 4). Here, the light reflected and scattered by the moving object of the living body causes a Doppler shift proportional to the speed of the moving object.

受光素子３１で受光される光は、上記光が互いに干渉することにより、定常光成分（即ち、生体による反射・散乱によって変動しない成分）と、ビート成分（即ち、ドップラーシフトされた変調成分に起因して生じる成分）と、を含む（上述の（３）式参照）。 The light received by the light receiving element 31 is caused by a stationary light component (that is, a component that does not change due to reflection / scattering by a living body) and a beat component (that is, a Doppler-shifted modulation component) due to the interference of the lights with each other. And a component that occurs (see (3) above).

封止部４０の界面で反射された光（以降、適宜“内部反射光”と称する）が受光素子３１に入射する比率は、測定対象物（ここでは、生体）によって散乱された光が受光素子３１に入射する比率に比べて十分に強い。そして、内部反射光は、受光素子３１に対して９０度に近い入射角で入射する。このため、生体の移動物体により反射・散乱された光のうち、受光素子３１に対して９０度に近い入射角で入射する光が選択的に強調されることとなる（上述の（３）式参照）。 The ratio of the light reflected at the interface of the sealing portion 40 (hereinafter, appropriately referred to as “internally reflected light”) to the light receiving element 31 is such that the light scattered by the measurement target (here, a living body) is the light receiving element. It is sufficiently strong as compared with the ratio of incident on 31. Then, the internally reflected light is incident on the light receiving element 31 at an incident angle close to 90 degrees. Therefore, of the light reflected / scattered by the moving object of the living body, the light incident on the light receiving element 31 at an incident angle close to 90 degrees is selectively emphasized (Equation (3) above). reference).

具体的には例えば、面発光レーザが封止部で覆われていない場合（即ち、内部反射光が無い場合）に比べて、当該検出器１００では、受光素子３１に対して９０度に近い入射角で入射する光のビート成分の信号強度が１５ｄＢも増大する。 Specifically, for example, as compared with the case where the surface emitting laser is not covered with the sealing portion (that is, the case where there is no internally reflected light), the detector 100 makes the light incident on the light receiving element 31 approach 90 degrees. The signal intensity of the beat component of light incident at an angle increases by 15 dB.

＜第１変形例＞
実施例に係る検出器の第１変形例について、図５を参照して説明する。図５は、実施例の第１変形例に係る検出器の構成を示す概略構成図である。 <First Modification>
A first modification of the detector according to the embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing the configuration of the detector according to the first modification of the embodiment.

図５において、検出器１００ａは、封止部４０の上面に配置され、例えばアルミニウム等からなる反射膜４１を備えている。該反射膜４１は、封止部４０の上面全てを覆うように配置されていてもよいし、例えば面発光レーザ２０の上方及び受光素子３１の上方のみに配置されていてもよい。 In FIG. 5, the detector 100a is arranged on the upper surface of the sealing portion 40 and includes a reflective film 41 made of, for example, aluminum. The reflection film 41 may be arranged so as to cover the entire upper surface of the sealing section 40, or may be arranged only above the surface emitting laser 20 and above the light receiving element 31, for example.

封止部４０の上面全てを覆うように反射膜４１が配置されている場合、該反射膜４１に係るレーザ光の反射率は、例えば２０％等と、レーザ光の透過率は、例えば８０％等と、面発光レーザ２０から出射された光が対象物に確実に照射されるように、反射膜４１に係る反射率及び透過率を設定すればよい。 When the reflection film 41 is arranged so as to cover the entire upper surface of the sealing portion 40, the reflectance of the laser light on the reflection film 41 is, for example, 20%, and the transmittance of the laser light is, for example, 80%. And the like, the reflectance and the transmittance of the reflective film 41 may be set so that the light emitted from the surface-emitting laser 20 is surely applied to the object.

上述の（３）式からわかるように、生体の移動物体で反射・散乱された光と、生体の静止物体で反射・散乱された光又は内部反射光と、のいずれかが強ければ、ビート成分が強くなる。従って、封止部４０の上面に反射膜４１を配置することにより、内部反射光を強くすることができるので、受光素子３１から出力される信号のＳ／Ｎ比をより向上させることができる。 As can be seen from the above formula (3), if either the light reflected / scattered by the moving object of the living body or the light reflected / scattered by the stationary object of the living body or the internal reflected light is strong, the beat component Becomes stronger. Therefore, by arranging the reflection film 41 on the upper surface of the sealing portion 40, the internal reflected light can be strengthened, and thus the S / N ratio of the signal output from the light receiving element 31 can be further improved.

＜第２変形例＞
実施例に係る検出器の第２変形例について、図６を参照して説明する。図６は、実施例の第２変形例に係る検出器の構成を示す概略構成図である。 <Second Modification>
A second modification of the detector according to the embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing a configuration of a detector according to a second modification of the embodiment.

図６（ａ）において、検出器１００ｂの封止部４０ａは、受光素子３１の側から面発光レーザ２０の側に向かって下がる第１傾斜面と、該面発光レーザ２０の側から該受光素子３１の側に向かって下がる第２傾斜面とを有する。ここで特に、第１傾斜面と第２傾斜面とは、互いになす角が９０度に近づくように形成されている。 In FIG. 6A, the sealing portion 40a of the detector 100b includes a first inclined surface which is lowered from the light receiving element 31 side toward the surface emitting laser 20 side and the light receiving element from the surface emitting laser 20 side. 31 and the 2nd inclined surface which goes down toward the side. Here, in particular, the first slanted surface and the second slanted surface are formed so that the angle formed therebetween approaches 90 degrees.

第１傾斜面と第２傾斜面とがなす角が９０度近傍であることにより、面発光レーザ２０から出射される光の出射角と、内部反射光の受光素子３１への入射角とがほぼ同じになる。面発光レーザ２０から出射される光の出射角は９０度に近いため、内部反射光の受光素子３１への入射角も９０度に近くなる。この結果、受光素子３１に対してほぼ垂直に入射する内部反射光の光量を増加することができるので、受光素子３１から出力される信号のＳ／Ｎ比をより向上させることができる。 Since the angle formed by the first inclined surface and the second inclined surface is near 90 degrees, the emission angle of the light emitted from the surface emitting laser 20 and the incident angle of the internally reflected light on the light receiving element 31 are almost the same. Will be the same. Since the emission angle of the light emitted from the surface emitting laser 20 is close to 90 degrees, the angle of incidence of the internally reflected light on the light receiving element 31 is also close to 90 degrees. As a result, the amount of internally reflected light that enters the light receiving element 31 substantially vertically can be increased, so that the S / N ratio of the signal output from the light receiving element 31 can be further improved.

図６（ｂ）において、検出器１００ｃの封止部４０ｂは、上記第１傾斜面と一の辺を共有すると共に、該一の辺と対向する他の辺を上記第２傾斜面と共有する上面を有する。このように構成すれば、受光素子３１に対してほぼ垂直に入射する内部反射光の光量を増加させつつ、検出器１００ｃの高さを抑制することができ、実用上非常に有利である。 In FIG. 6B, the sealing portion 40b of the detector 100c shares one side with the first inclined surface, and shares the other side opposite to the one side with the second inclined surface. Has a top surface. According to this structure, the height of the detector 100c can be suppressed while increasing the amount of internally reflected light that enters the light receiving element 31 substantially perpendicularly, which is very advantageous in practice.

＜第３変形例＞
実施例に係る検出器の第３変形例について、図７及び図８を参照して説明する。図７は、実施例の第３変形例に係る検出器の構成を示す概略構成図である。図８は、実施例の第３変形例に係る光検出装置の構成を示すブロック図である。 <Third Modification>
A third modification of the detector according to the embodiment will be described with reference to FIGS. 7 and 8. FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing a configuration of a detector according to a third modification of the embodiment. FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of the photodetector according to the third modification of the embodiment.

図７において、検出器１００ｄは、基板１０上に配置された受光素子３２を更に備えて構成されている。図７（ａ）に示すように、受光素子３２は、該受光素子３２及び面発光レーザ２０の発光点間の距離が、受光素子３１及び面発光レーザ２０の発光点間の距離に、ほぼ等しくなるように配置されている。図７（ｂ）に示すように、基板１０の下面には、受光素子３２のアノードと電気的に接続された端子３２ａと、受光素子３２のカソードと電気的に接続された端子３２ｃと、が露出している。 In FIG. 7, the detector 100d further includes a light receiving element 32 arranged on the substrate 10. As shown in FIG. 7A, in the light receiving element 32, the distance between the light receiving element 32 and the light emitting point of the surface emitting laser 20 is substantially equal to the distance between the light receiving element 31 and the light emitting point of the surface emitting laser 20. It is arranged so that. As shown in FIG. 7B, a terminal 32 a electrically connected to the anode of the light receiving element 32 and a terminal 32 c electrically connected to the cathode of the light receiving element 32 are provided on the lower surface of the substrate 10. Exposed.

尚、本変形例に係る「受光素子３１」及び「受光素子３２」は、夫々、本発明に係る「第１光電変換素子」及び「第２光電変換素子」の一例である。 The "light receiving element 31" and the "light receiving element 32" according to the present modification are examples of the "first photoelectric conversion element" and the "second photoelectric conversion element" according to the present invention, respectively.

本変形例では特に、図８に示すように、受光素子３１のアノードと電気的に接続された端子３１ａと、受光素子３２のアノードと電気的に接続された端子３２ａとが回路基板２００上で互いに電気的に接続されている。受光素子３１のカソードは端子３１ｃに電気的に接続されている。受光素子３２のカソードは端子３２ｃに電気的に接続されている。 In the present modification, in particular, as shown in FIG. 8, on the circuit board 200, a terminal 31a electrically connected to the anode of the light receiving element 31 and a terminal 32a electrically connected to the anode of the light receiving element 32 are provided. They are electrically connected to each other. The cathode of the light receiving element 31 is electrically connected to the terminal 31c. The cathode of the light receiving element 32 is electrically connected to the terminal 32c.

受光素子３１及び３２が直列接続されているので、検出器１００ｄは、受光素子３１が出力する電流Ｉｄｔ１と、受光素子３２が出力する電流Ｉｄｔ２との差分電流（Ｉｄｔ２−Ｉｄｔ１）を検出電流Ｉｄｔとして端子３１ｃから出力する。また、検出器１００ｄは、端子３１ｃから出力される検出電流Ｉｄｔの極性が反転された電流（−Ｉｄｔ）を端子３２ｃから出力する。 Since the light receiving elements 31 and 32 are connected in series, the detector 100d uses the difference current (Idt2-Idt1) between the current Idt1 output by the light receiving element 31 and the current Idt2 output by the light receiving element 32 as the detection current Idt. Output from the terminal 31c. Further, the detector 100d outputs a current (-Idt) in which the polarity of the detection current Idt output from the terminal 31c is inverted, from the terminal 32c.

このように構成すれば、受光素子３１が出力する電流Ｉｄｔ１のＤＣ成分と、受光素子３２が出力する電流Ｉｄｔ２のＤＣ成分とを相殺させることができ、入力光に含まれる信号光成分に相当するＡＣ成分を主として含む検出電流Ｉｄｔを出力することができる。この結果、電流電圧変換部２００が出力する光検出信号におけるＳ／Ｎ比を向上させることができる。 According to this structure, the DC component of the current Idt1 output by the light receiving element 31 and the DC component of the current Idt2 output by the light receiving element 32 can be canceled out, which corresponds to a signal light component included in the input light. It is possible to output the detection current Idt mainly including the AC component. As a result, it is possible to improve the S / N ratio in the photodetection signal output by the current-voltage converter 200.

＜第４変形例＞
実施例に係る検出器の第４変形例について、図９及び図１０を参照して説明する。図９は、実施例の第４変形例に係る検出器の構成を示す概略構成図である。図１０は、実施例の第４変形例に係る光検出装置の構成を示すブロック図である。 <Fourth Modification>
A fourth modification of the detector according to the embodiment will be described with reference to FIGS. 9 and 10. FIG. 9 is a schematic configuration diagram showing the configuration of the detector according to the fourth modification of the embodiment. FIG. 10 is a block diagram showing the configuration of the photodetector according to the fourth modification of the embodiment.

本変形例では特に、図１０に示すように、検出器１００ｅの内部で、受光素子３１のアノードと、受光素子３２のアノードとが互いに電気的に接続されている。このように構成すれば、回路基板２００に、受光素子３１のアノードと受光素子３２のアノードとを電気的に接続するための配線を設けることが必要ないので、実用上非常に有利である。 Particularly in this modification, as shown in FIG. 10, the anode of the light receiving element 31 and the anode of the light receiving element 32 are electrically connected to each other inside the detector 100e. According to this structure, it is not necessary to provide the circuit board 200 with the wiring for electrically connecting the anode of the light receiving element 31 and the anode of the light receiving element 32, which is very advantageous in practice.

尚、図９に示すように、検出器１００ｅの下面には、受光素子３１のカソードと電気的に接続された端子３１ｃと、受光素子３２のカソードと電気的に接続された端子３２ｃと、が露出される。 As shown in FIG. 9, a terminal 31c electrically connected to the cathode of the light receiving element 31 and a terminal 32c electrically connected to the cathode of the light receiving element 32 are provided on the lower surface of the detector 100e. Exposed.

＜第５変形例＞
実施例に係る検出器の第５変形例について、図１１及び図１２を参照して説明する。図１１は、実施例の第５変形例に係る検出器の構成を示す概略構成図である。図１２は、実施例の第５変形例に係る光検出装置の構成を示すブロック図である。 <Fifth Modification>
A fifth modification of the detector according to the embodiment will be described with reference to FIGS. 11 and 12. FIG. 11 is a schematic configuration diagram showing the configuration of the detector according to the fifth modification of the embodiment. FIG. 12 is a block diagram showing the configuration of the photodetector according to the fifth modification of the embodiment.

本変形例では特に、図１２に示すように、検出器１００ｆの内部で、受光素子３１のカソードと、受光素子３２のカソードとが互いに電気的に接続されている。このように構成すれば、回路基板２００に、受光素子３１のカソードと受光素子３２のカソードとを電気的に接続するための配線を設けることが必要ないので、実用上非常に有利である。加えて、本変形例でも、上述した第３変形例と同様に、受光素子への入射光の定常成分に起因する検出電流のＤＣ成分を抑制することができる。この結果、電流電圧変換部２００が出力する光検出信号におけるＳ／Ｎ比を向上させることができる。 In this modification, in particular, as shown in FIG. 12, the cathode of the light receiving element 31 and the cathode of the light receiving element 32 are electrically connected to each other inside the detector 100f. According to this structure, it is not necessary to provide the circuit board 200 with a wiring for electrically connecting the cathode of the light receiving element 31 and the cathode of the light receiving element 32, which is very advantageous in practice. In addition, also in this modification, as in the case of the third modification described above, it is possible to suppress the DC component of the detection current due to the stationary component of the incident light on the light receiving element. As a result, it is possible to improve the S / N ratio in the photodetection signal output by the current-voltage converter 200.

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う検出器もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, but can be appropriately modified within the scope of the gist or concept of the invention that can be read from the claims and the entire specification, and a detector accompanied by such modification is also possible. Moreover, it is included in the technical scope of the present invention.

１０…基板、２０…面発光レーザ、３１、３２…受光素子、４０、４０ａ、４０ｂ…封止部、４１…反射膜、１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ、１００ｅ、１００ｆ…検出器、２００…電流電圧変換部、２３０…全差動アンプ、２４０…増幅器、３００…ケース、３０１…窓 10 ... Substrate, 20 ... Surface emitting laser, 31, 32 ... Light receiving element, 40, 40a, 40b ... Sealing part, 41 ... Reflective film, 100, 100a, 100b, 100c, 100d, 100e, 100f ... Detector, 200 ... current-voltage converter, 230 ... fully differential amplifier, 240 ... amplifier, 300 ... case, 301 ... window

Claims

Board,
A light emitting portion which is disposed on the substrate and emits light,
A light receiving unit disposed on the substrate, which receives scattered light from the object of the emitted light,
A sealing portion arranged on the substrate so as to cover the light emitting portion and the light receiving portion,
Equipped with
The light receiving unit further receives the internally reflected light reflected at the interface of the sealing unit of the emitted light,
A detector having a reflective film disposed on at least a part of the surface of the sealing portion.